机车整流柜均流问题与优化方法

翟雪

摘 要：深入分析和研究机车整流柜均流问题对于提高机车安全运行具有重要的作用。该文对机车在运转过程中出现整流柜均流问题进行了探讨，并提出了解决此问题的措施，希望能够确保机车的安全运行，促进运输业取得进一步的发展。

关键词：机车整流柜 均流问题 优化方法

中图分类号：U269.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）10（c）-0053-02

在最近几年，整流器元件烧损问题在机车运作中经常出现，此问题的出现不但影响了检修指标的完成，而且还降低了运输效率，为运输的进行埋下了很大的安全隐患。同时，在大量更换元件下，导致检修成本越来越高，给运输业带来了很大的经济损失。所以，深入探讨和研究机车整流柜均流问题对于提高机车安全运行具有重大的意义。

1 简述基本情况

在力机车机务段投入使用后，先后承担了很多重载列车牵引任务在重载牵引方面上积极发挥了作用，但因为机车牵引重量大机车在运行中要承载很大的负荷，整个流装置都处于大电流和高电压的情况下，经常出现烧毁、击穿了整流柜主整流元件故障。

2 分析烧损元件烧损的原因

2.1 均流状况差

在SS4改型机车运用中双管变流柜应用广泛，机车中大多使用TGZ4A-4×1680/1020双管硅整流柜，在安装机车整流装置过程中，TGZ35硅机组采用热管散热器，在冷却风通风情况下，其长期通态平均电流较大，如果要是超过了一定数值，那么肯定会发生热烧损情况。而引发大电流出现的原因在于并联元件的均流水平低，在机车整修过程中，应运用元件伏安特性搭配方法，选擇出一致性的伏安特性元件实施并联工作，但在投入使用一段时间机车后，在使用中整流元件的特性参数会有着很大的变动。

2.2 并联元件中的均流状况

SS4改型电力机车以SS4、SS5、SS6型机车为基础并且吸收了8K和6K机车先进技术，机车主整流器采用3段不等分半控调压整流电路，相对来说在低级位上功率因数较低，简化了控制系统，减少操作过电压，提高可靠性。双管硅机组机车整流电路运用3段不等分整流调压电路组成方式，因为有很多并联元件，所以均流问题尤为关键。在设计过程中，应充分考虑此问题，机车运用的桥臂组成方式是“二并一串”的，其均流问题应考虑到。但实际上，在实现稳态均流过程中，如果只是采用元件伏安特性搭配方法，那么也很难将并联元件均流问题完善解决。第一，动态均流这一问题。在每个桥臂所运用的并联元件，由于门极开通时间不同，因此通过的电流压力是不同的。最先开通的晶闸管回路中所有电流要承担起很大的电流上升率。第二，稳态均流问题。在机车整流电路过程中，因为每个桥臂上并联的元件正向伏安特性是不同的，在并联元件两端加上相同的电压后，所通过的电流是不一的，并联支路出现了不均流情况，在通过大电流后很有可能烧坏了元件，所以应不断加强装置的输出率。同时在不均流的影响下，很有可能出现元件结温差异，这样就会扩大伏安特性的差异，导致不均流出现恶性循环情况，这便是并联元件不均匀分配稳态电流的稳态。

2.3 机车整流桥臂组成形式的问题

SS4机车其主电路运用转向架独立供电形势，也就是1台主整流器负责给1台转向架上3台并联牵引电机进行供电，全车共包括4台独立形式的相控式主整流器，负责给4个两轴转向架供电，每一个整流器都构成了单独的整流电路，运用3段不等分整流桥实施了整流调压。此种电路具备很多优势，如，功率因素高、谐波分量小和可靠性高等优势。如图1为整流电路图，每一台整流装置的最大输出电流2 400 A，运用KPA1300-28型号的主晶闸管，其通态平均电流为3 000 A，整流桥臂晶闸管并联支路数由下式确定：

在公式中代入数值，计算得出=1.14，在考虑到安全裕量后，取=2。所以，机车整流装置的桥臂组成运用“二并一串”的形式，也就是每个整流桥臂都由整流管并联进行工作，每一个整流器中都包括8个整流管、12个晶闸管，此种整流桥臂组合在一起的方式，会出现并联元件均流问题，前转向架调压整流电路见图1。

3 优化机车整流柜均流问题的具体方法

3.1 对比均流方案

想要将稳态均流问题完善解决，就是取出伏安特性较为统一的元件实施并联，而对动态均流应选择开通时间相同的元件实施并联。在进行硅整流柜均流实验时尽量选用厂家参数相近、生产批次相同的晶闸管，对其进行均流实验，保证均流不低于85%，其次进行好耐压试验，并对其触发盒接线以及电阻电容进行详尽检查，但这并不是最好的解决办法。同时还有一个最为简便的方法就是在并联元件支路中串联上一定阻值的电阻，能够大大地改善并联元件的电流分配情况，此方法虽然很简单，但是会损耗电阻功率，并且对元件的动态均流也没有太大的作用，所以只能用在稳态均流差、功率小的电路中。在并联支路里对均流电抗器进行串联，不但能够对元件间均流状况很好解决，而且还能对电流上升率di/dt进行限制，其损耗率也很小，但也有其不足之处，其不足在于铁芯笨重、电路复杂，但结合SS4改机车整流电路来讲，其并联支路少、电流大，所以运用均流电抗器实现均流是非常可靠的方案。

3.2 分析均流电抗器的工作原理

在两个线圈上有同样的电流流过后，铁芯力的激磁安匝会互相抵消，线圈里有很小的电阻压降。在T1、T2中的电流出现不均衡时，如电流增加产生△时，因为两个线圈间有互感作用，所以从一个线圈同名端中流入，肯定会引发另一线圈同名端电位不断提高，出现互感电势△e，也可以说互感电势的变化大小与变化率之间呈现正比例关系，随着变化率的增大，互感电势就会越来越大。所以说均流电抗器对支路电流变化可以动态跟踪，及时快速地解决动态均流问题，在支路中加入线圈后，对并联元件稳态均流状况不断完善。

3.3 均流电抗器中各项性能指标

从上述的分析中可以看出，设计20只均流电抗器制造与改造整流柜这一工作，均流电抗器的性能指标包括如下几项：三匝缠绕匝数；0.5～0.6 V最大感应电势；800 A/臂（小时制）额定电流。

（1）试验性能。在地面试验过程中，均流系数约在96%左右，正式装车试运行，之后在测试车均流系统过程中，通过运用便携式均流系数测量仪进行测试，测试结果表明此装置有着很高的运行效率。

（2）在机车上加装了整流柜均流电抗器后，装置没有出现变色或者过热状况，有着很稳定的性能，没有出现整流柜元件烧毁现象，与设计需求相符。

4 结语

总之，在改善了整流柜均流状况下，减少了由于均流造成的烧毁元件或者更换元件的数量，确保了机车的安全运作。同时还减少了机破临修件数，并且在维护运输秩序上也取得了令人满意的效果。

参考文献

[1] 谭本旭，袁文辉.SS4改型机车顶盖裂纹问题的分析及解决方案[J].电力机车与城轨车辆，2011（5）：43-46.

[2] 王轩生.SS4改型机车齿轮箱漏油故障分析及改造措施[J].电力机车与城轨车辆，2012（4）：77-78.